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INSTITUTO ITALIANO DE ROSARIO Escuela de Medicina EFECTO DEL TRATAMIENTO CON MONOFLUOROFOSFATO Y FLUORURO DE SODIO SOBRE EL PROCESO DE REPARACIÓN ÓSEA EN RATAS TESIS DOCTORAL Autora: Sandra Patricia Mejía Delgado Director: Dr. Alfredo Rigalli. 2011 1

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INSTITUTO ITALIANO DE ROSARIO

Escuela de Medicina

EFECTO DEL TRATAMIENTO CON MONOFLUOROFOSFATO Y

FLUORURO DE SODIO SOBRE EL PROCESO DE REPARACIÓN ÓSEA EN

RATAS

TESIS DOCTORAL

Autora: Sandra Patricia Mejía Delgado

Director: Dr. Alfredo Rigalli.

2011

1

DEDICATORIAS

Especialmente a Dios por los dones que ha puesto en mí. Todo lo aquí hecho lo hizo

ÉL, a través mío.

A la memoria de mi madre “Licho” quien entregó su vida a mi formación y su amor a

los principios morales para guiarme hacia el mejor de los caminos: el conocimiento

fundamentado en el respeto por la vida, la honestidad y la entrega a los demás.

A mi madre Gabriela, quien llenó mis días de amor, dulzura y comprensión para no

desfallecer en el esfuerzo y acompañarme hasta el final con su elocuente silencio y su

total entrega.

A José Luis, ejemplo de vida, de lucha y de amor. Su inmensurable apoyo y contención

en los momentos críticos de mi carrera doctoral han sido el cimiento para construir

sobre una sólida base un nuevo mundo para mí y para mis hijos. A ellos, Daniela y

Sebastián, guerreros incansables e incondicionales. Por su irrestricto apoyo, amor y

compromiso con esta meta que, aún sintiéndola mía, es de ellos.

A mis hermanas Gaby, Cristina y Gloria. A mis hermanos Carlos, Javier y Beto, quienes

nunca dejaron de creer en mí y siempre desde lejos me apoyaron y sintieron conmigo

los buenos y los no tan buenos momentos. A todos aquellos de mi familia que sin

juzgar, simplemente creyeron y callaron.

2

AGRADECIMIENTOS

Al ilustre, bien reconocido, gran Maestro y Director de esta tesis, Doctor Alfredo

Rigalli. Sus enseñanzas en el conocimiento científico aplicadas al ser vivo, me

enseñaron a re-pensar la vida como un momento transformante del cual yo puedo ser el

artífice del cambio. Con sus consejos, su firmeza y exigencia sembró en mí la semilla

del verdadero sentido de “Ser Humano”, al enseñarme a confrontar los invaluables

aportes de la vida animal con los adelantos científicos que pueden extenderse para el

bienestar y el mejoramiento de la salud humana.

A todo el Grupo de Investigación del Laboratorio de Biología Ósea por abrir desde un

principio las puertas de sus corazones para ayudarme a cumplir con todos mis

propósitos. Por escuchar y soportar las exposiciones en mi extraño lenguaje y a pesar de

todo, continuar a mi lado como mis mejores puntos de apoyo.

Al Grupo GITCO por ser el artífice de tantos sueños conjuntos y tantas metas

concretadas. Al bien reconocido Doctor Iván Darío Vélez Bernal, por haber creído

siempre en mí y en este proyecto. Su apoyo y sabiduría han sido de alta trascendencia

para los logros que hoy se han cumplido.

A los profesores del Departamento de Morfología de la Universidad de Antioquia

quienes creyeron en mí y también a quienes no. A todos los amigos, compañeros y

colegas argentinos quienes en todas sus formas contribuyeron a la construcción y

materialización de este sueño.

3

RESUMEN

El fluoruro (F) ya sea como monofluorofosfato (MFP) o como fluoruro de sodio

(NaF) tiene efecto osteogénico. Su acción radica en el estímulo de la proliferación de

osteoblastos. No existe información sobre el efecto de estas drogas en el proceso de

reparación de defectos no críticos a nivel óseo. El objetivo de este trabajo fue evaluar el

efecto del tratamiento con NaF y MFP sobre el proceso de reparación de un defecto

óseo no crítico.

Se utilizaron ratas hembras IIM/FM sublínea “e” de 7 semanas. Se produjo un

defecto óseo de 2 mm de diámetro en la epífisis proximal de ambas tibias hasta llegar a

la cavidad medular. La cirugía se llevó a cabo bajo anestesia general, en condiciones de

esterilidad y los animales recibieron antibioticoterapia y analgesia. Luego de la cirugía

fueron divididos en tres grupos: MPF (recibieron 80 µmol MFP/día en 1 ml de

solución), NaF (recibieron 80 µmol NaF/día en 1 ml de solución) y Control (recibieron

1 ml de agua). Las administraciones se realizaron por sonda orogástrica y los

tratamientos duraron 30 días. Al inicio del tratamiento y a los 10, 20 y 30 días se

tomaron muestras de sangre y se determinó la densidad mineral ósea (DMO). En plasma

se determinó calcio, fosfato, flúor y fosfatasa alcalina. Al finalizar el tratamiento se

determinó fluoruria y calcio fecal. A los 30 días se sacrificaron los animales, se

obtuvieron las tibias y se procesaron para su estudio histológico.

Los tratamientos aplicados no modificaron el peso corporal, la DMO del hueso

sano, la calcemia ni la fosfatemia. La fosfatasa alcalina plasmática se incrementó

4

significativamente a lo largo del tratamiento en los grupos NaF y MFP. La DMO de la

zona del defecto fue significativamente mayor en el grupo tratado con MFP a los 10

días de tratamiento. El estudio histológico de la zona del defecto indica que luego de 30

días de tratamiento el hueso formado en presencia de MFP es de mejor organización

histológica que el grupo Control. Se concluye que la reparación ósea de un defecto no

crítico es acelerada por la presencia de MFP y que la mineralización del defecto es más

rápida en presencia de MFP que se refleja en el aumento de la DMO del defecto a los 10

días de tratamiento.

5

Índice de contenidoDEDICATORIAS..............................................................................................................2AGRADECIMIENTOS.....................................................................................................3RESUMEN........................................................................................................................4CAPÍTULO 1....................................................................................................................8

INTRODUCCIÓN........................................................................................................8CAPÍTULO 2..................................................................................................................10

OBJETIVOS...............................................................................................................10Objetivo General....................................................................................................10Objetivos Específicos.............................................................................................10Definición del área y del problema .......................................................................10

CAPÍTULO 3..................................................................................................................12MARCO TEÓRICO....................................................................................................12

Generalidades del tejido óseo.................................................................................12Células del tejido óseo...........................................................................................19Osteogénesis ..........................................................................................................30Remodelación Ósea................................................................................................34El defecto óseo y el proceso de reparación............................................................38Flúor y su efecto sobre el tejido óseo ....................................................................39

CAPÍTULO 4..................................................................................................................43HIPÓTESIS.................................................................................................................43

Justificación............................................................................................................43Viabilidad...............................................................................................................44

CAPÍTULO 5..................................................................................................................46MATERIALES Y MÉTODOS...................................................................................46

Animales de experimentación................................................................................47Esterilización del material quirúrgico....................................................................47Anestesia general...................................................................................................47Analgesia y antibioticoterapia................................................................................48Cirugías..................................................................................................................48Eutanasia ...............................................................................................................49Administración del NaF y del MFP.......................................................................49Obtención de muestras de orina y sangre...............................................................49Determinación de la concentración de fluoruro urinario.......................................50Determinación de la concentración de flúor plasmático........................................51Preparados histológicos..........................................................................................51Determinación de fosfatasa alcalina plasmática.....................................................52Determinación de fósforo inorgánico.....................................................................53Determinación de calcio plasmático......................................................................53Medición de densidad mineral ósea.......................................................................54Consideraciones sobre el efecto estrogénico en la rata..........................................55

CAPÍTULO 6..................................................................................................................56RESULTADOS...........................................................................................................56

6

Efecto del tratamiento sobre el crecimiento de las ratas........................................56Efecto del tratamiento sobre la densidad mineral del hueso sano..........................56Densidad mineral ósea de la zona del defecto .......................................................57Fosfatasa alcalina plasmática.................................................................................58Calcio fecal.............................................................................................................59Calcemia.................................................................................................................60Fosfatemia..............................................................................................................62Fluoruria ................................................................................................................62Fluoremia...............................................................................................................63Análisis histológico................................................................................................65

CAPÍTULO 7..................................................................................................................73DISCUSIÓN...............................................................................................................73

CAPÍTULO 8..................................................................................................................77CONCLUSIÓN...........................................................................................................77

CAPÍTULO 11................................................................................................................78BIBLIOGRAFÍA........................................................................................................78

TRABAJOS PRESENTADOS A CONGRESOS Y PUBLICACIONES.......................86

7

CAPÍTULO 1

INTRODUCCIÓN

El tejido óseo es un complejo y amplio sistema del organismo. La interacción

entre sus células, minerales y componentes de la matriz orgánica le proveen funciones

de sostén, protección y metabólica. Su integración con otros sistemas como el tejido

muscular y los tejidos conectivos blandos le confieren propiedades para el soporte y el

movimiento. El calcio y el fosfato son dos iones utilizados en la formación del cristal de

hidroxiapatita, responsable de la calcificación del hueso.1 El tejido óseo además tiene un

importante rol en la preservación y funcionalidad de la médula ósea.

El tejido óseo está sometido a lesiones de origen metabólico o traumático. Entre

estas últimas tenemos las lesiones que producen defectos críticos y no críticos. Mientras

los primeros de estos defectos requieren de aporte de estructuras de sostén que permitan

la regeneración, los segundos se reparan sin la necesidad de agregados de matrices óseas

o no óseas.

Las sales que contienen flúor tienen efecto estimulador de la formación de tejido

óseo y dicha acción ha sido validada en diferentes modelos animales, entre ellos en la

rata en crecimiento2. Se ha demostrado un efecto osteoformador luego de la

administración de monofluorofosfato de sodio (MFP) y fluoruro de sodio (NaF).

1 Ross M, Gordon I, Wojciech P. 2004. Histología texto y atlas color con biología celular y molecular. Ed. Panamericana. 4a ed. Capítulo 9. Pág. 182-215. Buenos Aires.2 Brun L, Pera L, Rigalli. A. 2010 Bone morphometry and differences in bone fluorine containing compounds in rats treated with NaF and MFP. Biomed Pharmacother. 64(1):1-6.

8

No se ha hallado información respecto de la acción del fluoruro sobre el

mecanismo de reparación de defectos no críticos. Por lo tanto, esta investigación tiene

como objetivo determinar el efecto del MFP y del NaF en el proceso de reparación ósea

y la calidad del hueso formado en tibias de rata con un defecto óseo no crítico. El efecto

se evaluará a través de la medida de la densidad mineral ósea (DMO) y la calidad del

hueso formado.

Se trata de un modelo experimental aleatorizado controlado en 18 ratas IIM/FM

sublínea “e”, que reciben MFP, NaF o placebo y se pretende demostrar que los animales

tratados con NaF y MFP tendrán una velocidad de reparación mayor. La estructura

histológica y la DMO serán las variables estudiadas para evaluar el efecto de los

tratamientos.

9

CAPÍTULO 2

OBJETIVOS

Objetivo General

Determinar el efecto de la administración oral de MFP y de NaF sobre el

proceso de reparación ósea en la rata.

Objetivos Específicos

Evaluar el efecto de la administración de MFP y NaF sobre la velocidad de

reparación ósea.

Determinar el efecto de la administración de MFP o NaF sobre la calidad del hueso

neoformado mediante el análisis histológico.

Evaluar el efecto del tratamiento con MFP y NaF sobre la velocidad del proceso de

mineralización en el sitio de la lesión y en el hueso adyacente a través de mediciones

radiológicas.

Evaluar el contenido de flúor en orina y plasma y su relación con la velocidad de

reparación y calidad del hueso reparado.

Definición del área y del problema

Los defectos críticos óseos por trauma, presentan dificultades para su reparación

y reorganización tisular. Estos defectos generan cambios morfológicos, metabólicos y

10

biomecánicos por no contar con el componente celular y mineral óptimo para una

adecuada reparación debido a la pérdida tisular local. Estos cambios conducen a la

disfunción del miembro afectado dejando serias consecuencias en la movilidad y la

funcionalidad. Por otra parte lo defectos no críticos se reparan sin necesidad de

utilización de materiales de relleno, pero la inmovilidad durante tiempos prolongados es

un problema para los individuos y la sociedad.

11

CAPÍTULO 3

MARCO TEÓRICO

Generalidades del tejido óseo

El tejido óseo es un tejido conjuntivo que se caracteriza por tener una matriz

extracelular mineralizada que lo distingue de otros tejidos conectivos. Por ser un tejido

duro es capaz de proveer sostén y protección. El componente mineral está formado por

cristales de hidroxiapatita: Ca10(PO4)6(OH)2. Por su constitución actúa como depósito de

calcio y fosfato, que pueden ser movilizados del tejido óseo a la sangre según sea

necesario para mantener la calcemia y la fosfatemia dentro de valores normales.

La matriz ósea orgánica contiene principalmente colágeno de tipo I, que

constituye alrededor del 90% de esta matriz. También contiene sustancia fundamental

en la forma de glucosaminoglucanos (hialuronato, condroitinsulfato y queratansulfato),

pequeñas glucoproteínas (osteocalcina, osteonectina y osteopontina) y varias

sialoproteínas. Las glucoproteínas y las sialoproteínas de la sustancia fundamental

desempeñan un papel en la fijación del calcio durante el proceso de mineralización.

Tanto el colágeno como los componentes de la sustancia fundamental se mineralizan

para formar el tejido óseo. Cuando esta matriz no está calcificada se conoce como

osteoide y constituye la matriz extracelular ósea recién sintetizada por los osteoblastos.

El osteoide se deposita en forma de láminas, quedando los osteoblastos atrapados dentro

de él, convirtiéndose en osteocitos cuando la matriz se calcifica.

12

La matriz orgánica representa un tercio del peso óseo y juega un papel

importante en el conjunto del sistema óseo, siendo evidente este hecho cuando aparecen

enfermedades del colágeno como la osteogénesis imperfecta. Actualmente se considera

la matriz mineralizada extracelular como algo más que un reservorio de calcio y fósforo,

ya que constituye una reserva de proteínas que participan en la regulación de la

diferenciación celular y en la integridad y función del tejido óseo.

Además del colágeno tipo I, contiene pequeñas cantidades de colágeno III, V y

XII. Es característico de la molécula de colágeno la presencia de regiones RGD de

secuencia aminoacídica específica, la cual es reconocida por las integrinas de la

superficie de las células óseas. Contiene además los aminoácidos hidroxilisina e

hidroxiprolina siendo, este último, un marcador específico de todos los tipos de

colágeno y estando sus valores de excreción urinaria en relación directa con la tasa de

resorción ósea. Las fibras de colágeno se estabilizan mediante los puentes de hidrógeno,

entre aminoácidos y a través de la formación de puentes de piridinolina, entre las

hidroxilisinas y lisinas. Sin embargo, el colágeno no tiene gran afinidad por el calcio,

por lo que son otras las proteínas implicadas en el depósito mineral. La mineralización

comprende la liberación de vesículas matriciales hacia la matriz ósea. En los sitios

donde se inicia la mineralización del hueso, la concentración local de iones calcio y

fosfato debe superar un umbral. Son varios los procesos que conducen a la

mineralización. La fijación de calcio extracelular por la osteocalcina y otras

sialoproteínas crea una concentración local alta de este ion. La concentración de calcio

estimula los osteoblastos para que secreten fosfatasa alcalina, que aumenta la

13

concentración local de iones de fosfato. El aumento de las concentraciones de calcio y

fosfato contribuirán al inicio de la mineralización. La concentraciones elevadas de

calcio y fosfato inducen a que los osteoblastos liberen pequeñas vesículas matriciales

hacia la matriz ósea, que contienen fosfatasa alcalina y pirofosfatasa que escinden iones

de fosfato de otras moléculas de la matriz. Estas vesículas matriciales inducen la

cristalización y el depósito de cristales de hidroxiapatita, en la matriz que rodea los

osteoblastos. Las vesículas matriciales derivadas de los osteoblastos son los factores

esenciales que controlan el sitio donde se inicia el depósito de minerales en el osteoide.

Una vez que han precipitado los primeros cristales de hidroxiapatita, estos crecen con

rapidez hasta que se unen con los cristales vecinos producidos alrededor de otras

vesículas matriciales.

El hueso es considerado un reservorio de calcio. El mantenimiento de la

concentración sanguínea de calcio es decisivo para la salud y la vida. El calcio puede ser

llevado desde la matriz ósea hasta la sangre si la calcemia disminuye por debajo de un

valor crítico. Por el contrario, el exceso de calcio sanguíneo puede ser extraído de la

sangre, almacenado en el tejido óseo o excretado por riñón. Estos procesos son

regulados por la hormona paratiroidea (PTH) secretada por las glándulas paratiroides y

la calcitonina, secretada por las células parafoliculares de la glándula tiroides. La PTH

actúa sobre el hueso, estimulando la acción de los osteoclastos que resorben la matriz

ósea, liberan calcio y elevan la calcemia. Por su parte la calcitonina actúa disminuyendo

la calcemia, al ejercer un efecto inhibitorio sobre los osteoclastos.3

3 Ross M, Gordon I, Wojciech P. 2004. Histología texto y atlas color con biología celular y molecular. Ed. Panamericana. 4ta Ed. Buenos Aires. Capítulo 9, Pág. 188-92.

14

El hueso puede tener una estructura madura laminar o una forma inmadura o

plexiforme, estando este último menos mineralizado que el hueso laminar. Por su parte

el osteoide constituye menos del 1% del volumen total y se puede observar en forma de

finos ribetes de unas 10 micras de espesor que revisten la superficie de trabéculas y

tapizan cavidades intracorticales.4

La matriz ósea es la responsable de las propiedades biomecánicas del hueso. Las

fibras colágenas le proporcionan flexibilidad y resistencia a la tensión mientras que los

minerales le confieren dureza, rigidez y resistencia a la compresión.5

En la matriz ósea hay espacios llamados lagunas u osteoplastos, cada uno de los

cuales contiene un osteocito. El osteocito extiende una gran cantidad de prolongaciones

en estrechos túneles denominados canalículos, los que atraviesan la matriz mineralizada

para conectar las lagunas contiguas y permitir el contacto entre las prolongaciones de

osteocitos vecinos. De esta manera se forma una red continua de canalículos y lagunas

con células y sus prolongaciones en toda la masa del tejido mineralizado. El tejido óseo

depende en gran medida de los osteocitos para mantener su viabilidad. Los osteocitos

están interconectados por prolongaciones celulares que se comunican por uniones del

tipo nexo. Estas uniones permiten el transporte metabólico y de señales a lo largo de las

prolongaciones celulares y dicho transporte está limitado a una distancia aproximada de

100 µm.

4 Serrano S 1998. II Congreso Virtual Hispanoamericano de Anatomía Patológica. Estructura y Función del Hueso Normal. http://www.conganat.org/iicongreso/conf/018/osteocl.htm.5http://www.conganat.org/iicongreso/conf/018/osteocl.htm.

15

Microscópicamente el tejido óseo está constituido por dos tipos de hueso: 80%

de hueso compacto y 20% de hueso trabecular. El hueso tiene una organización

laminillar que le confiere la dureza que lo caracteriza. El hueso compacto aparece como

una masa sólida, mientras que el hueso trabecular consiste en una red de trabéculas

óseas que delimitan los espacios ocupados por la medula ósea. Tanto el tejido óseo

compacto como el trabecular forman parte de los diferentes tipos de huesos: largos,

cortos y planos.

Los huesos largos tiene dos epífisis y una diáfisis que están separadas por las

metáfisis donde se halla el cartílago hialino llamado cartílago de crecimiento (Figura 2).

Este cartílago es el responsable del crecimiento en largo de estos huesos. El cartílago de

crecimiento pasa a llamarse línea epifisiaria en el adulto y no produce más crecimiento

en largo. La diáfisis está constituida por tejido óseo compacto que forma un cilindro

Figura 1: Osteocitos y sus comunicaciones intercelulares.

16

hueco con un espacio medular central, denominado cavidad medular. Los extremos son

llamados epífisis, están constituidos mayormente por tejido óseo trabecular, el que se

halla recubierto por una capa de hueso compacto .6

Las superficies articulares en los extremos de los huesos largos están revestidas

por cartílago hialino, denominado cartílago articular. Salvo en las superficies articulares

y en los lugares de inserción de los tendones y ligamentos, la mayor parte de los huesos

se rodean por el periostio que cubre la superficie externa y contiene vasos y células

osteoprogenitoras. Por ello se considera un tejido conjuntivo especializado con

capacidad osteogénica.

6 Modelo tomado de Kierszenbaum: Histology & Cell Biology: An introduction to Pathology 2da. Ed. Pág.128-130.

17

Figura 2: Partes de un hueso largo y tipos de tejidos óseos que lo componen.

La cavidad medular de la diáfisis y los espacios dentro del hueso trabecular están

revestidos por endostio, el cual está formado por células que pertenecen al estroma de la

médula o derivan de osteoblastos en reposo y son la principal fuente de células de

revestimiento en los canales de Havers. El endostio también tiene capacidad

osteogénica.

Figura 3: Estructura del hueso cortical formado por sistemas de Havers y sistemas intersticiales.

El hueso compacto forma su estructura alrededor de los conductos de Havers, los

cuales son rodeados por laminillas concéntricas de matriz ósea calcificada que

contienen osteocitos dispuestos entre las laminillas (Figura 3)7. Los diferentes sistemas

de Havers se comunican entre sí por conductos de Volkmann.

7 Modelo tomado de Kierszenbaum, Abraham. 2008. Histología y Biología Celular. Introducción a la Patología. 2a. ed; Ed. Elsevier. España. Pág.130-4.

18

El hueso trabecular por su parte, está constituído por una red de trabéculas que

respeta ciertos espacios que contienen en su interior medula ósea.8 El hueso trabecular

consiste en laminillas que no tienen un canal central. Esta red de trabéculas es más

afectada por cambios hormonales, especialmente de PTH, calcitonina, hormona de

crecimiento y el factor de crecimiento insulino-símil I (IGF-I). 9

El periostio está formado por dos capas:

La externa con abundantes fibras colágenas y vasos sanguíneos que entran en los

canales de Volkmann. La fibras que salen de esta parte del periostio se denominan

fibras de Sharpey y se proyectan al sistema circunferencial externo.

La interna que contiene células osteoprogenitoras que se convierten en osteoblastos

durante los procesos que requieren reparación, como las fracturas. 10

Células del tejido óseo

En el tejido óseo se encuentran diferentes tipos celulares involucrados en el

proceso de generación de células específicas, en la formación y resorción ósea y en la

nutrición del tejido.

Células del mesénquima: Estas células tienen un rol importante en la formación

del tejido óseo, pudiendo dar origen a cinco estirpes celulares distintas: fibroblastos,

8 Ross M, Gordon I, Wojciech P. 2004. Histología texto y atlas color con biología celular y molecular. Ed. Panamericana. 4a Ed. Buenos Aires. Capítulo 8. Pág. 182-93. 9Op. Cit.4. Pág.1510 Kierszenbaum, Abraham. 2008. Histología y Biología Celular. Introducción a la Patología. 2a. Ed. Ed. Elsevier. España. Pág. 131-64.

19

osteoblastos, condroblastos, mioblastos y adipocitos, en respuesta a diferentes señales

moleculares. Existe un gran número de estudios que han demostrado la capacidad de

estas células de reparar daños en tejidos in vivo.11

Las células madre del mesénquima se caracterizan morfológicamente por ser

células pequeñas, largas y estrechas con pocos procesos celulares. En el interior se

encuentra un núcleo grande y redondo con un nucléolo prominente, rodeado de finas

partículas de cromatina que delimitan y diferencian el núcleo claramente. El cuerpo

celular contiene además compartimentos celulares como el aparato de Golgi, retículo

endoplásmico rugoso, mitocondrias y polirribosomas. Tienen además la capacidad de

transformarse en un tejido diferente del que formaba parte y adaptarse a las nuevas

condiciones del medio.

Células osteoprogenitoras: Las células osteoprogenitoras son células en reposo

que pueden transformarse en osteoblastos. Su ubicación está confinada a la superficie

interna y externa de los huesos. Reciben la denominación de células periósticas cuando

forman la capa más interna del periostio y células endósticas cuando tapizan las

cavidades medulares, los conductos de Havers y de Volkmann.

Las células osteoprogenitoras tienen las propiedades de dividirse, proliferar y

transformarse en osteoblastos. Durante esta transformación se producen cambios de su

retículo endoplásmico rugoso, ribosomas libres y aparato de Golgi. Estas

11 http://www.analesranf.com/index.php/mono/article/viewFile/946/934 pág. 197-198 (Friedenstein, 1976). Damián García Olmo y Mariano García Arranz.

20

microestructuras en el estadio de célula osteoprogenitora se encuentran poco

desarrolladas y escasamente visibles.

Su origen en células mesenquimales y su aparente capacidad de diferenciarse en

varios tipos de células diferentes de los osteoblastos: adipocitos, condroblastos,

musculares y fibroblastos (Figura 4), indican que estas células pueden modificar sus

características morfológicas y funcionales en respuesta a estímulos específicos. Esto es

importante porque la reparación de fracturas óseas comprende la formación de nuevo

tejido conjuntivo y cartílago en el callo que aparece alrededor del hueso durante le

proceso reparativo.12

La diferenciación del osteoblasto viene regulada por factores de crecimiento y

transcripción. Varios miembros de la familia de las proteínas morfogenéticas óseas

(BMP) y del factor de crecimiento transformante β pueden regular el desarrollo

embrionario y la diferenciación del osteoblasto.

Ciertos genes específicos de los osteoblastos regulan la diferenciación de la

progenie. El gen Cbfa1/Runx2 codifica un factor de transcripción que induce la

diferenciación de los osteoblastos y controla la expresión de osteocalcina. Cbfa1/Runx2

es el indicador más precoz y específico de la osteogénesis y su expresión se induce por

BMP7. 13,14

12 Ross M, Gordon I, Wojciech P. 2004. Histología texto y atlas color con biología celular y molecular. Ed. Panamericana. 4a Ed. Buenos Aires. Capítulo 9, Pág. 188-92. 13 Op. Cit.4 Pág.1514 Op. Cit.4 Pág. 15

21

Un tipo de células de aspecto fibroblástico cercanas a las superficies óseas pero

separadas de estas por otros tipos celulares se conocen como preosteoblastos (Figura 5),

derivan de células osteoprogenitoras y serían estadios previos a la diferenciación a

osteoblastos.15

Osteoblastos: Son células de forma cúbica, citoplasma basófilo y ricas en una

isoenzima específica de la fosfatasa alcalina. Derivan de los preosteoblastos y suelen

considerarse células con diferenciación terminal y por tanto incapaces de dividirse. Los

osteoblastos se hallan en contacto directo con las superficies óseas formando grupos

compactos de una sola capa de espesor (Figura 5).

15 Op.Cit.4 Pág. 15.

22

Figura 4: Diferenciación de células pluripotentes a diferentes tipos celulares.

Los osteoblastos poseen retículo endoplásmico rugoso y aparato de Golgi muy

desarrollados.16 Sintetizan el componente orgánico de la matriz ósea y controlan el

depósito de minerales. Por otra parte, expresan receptores para PTH, IGF-1 y vitamina

D, fosfatasa alcalina y ligando del receptor activador del factor KB (RANKL) entre

otros (Figura 6).17

En la medida en que los osteoblastos sintetizan su propia matriz extracelular,

también producen y secretan una proteína denominada osteoprotegerina (OPG), que es

un receptor señuelo que se une a RANKL, una proteína ubicada en la membrana de los

osteoblastos. Por su parte RANKL se une al receptor activador del factor KB (RANK)

de precursores osteoclásticos e inicia la osteoclastogénesis. De esta manera, la OPG

inhibe la osteoclastogénesis y evita la resorción ósea.

16 Op. Cit.4. Pág. 1517 Op. Cit.4. Pág.15

Figura 5: Preosteoblastos fusiformes adyacentes a osteoblastos cúbicos que revisten un ribete de osteoide.

23

Tanto in vivo como in vitro, los osteoblastos pasan sucesivamente por tres

estadios funcionales:

Proliferación celular y síntesis de los componente orgánicos de la matriz ósea.

Maduración de la matriz ósea (cambios en la composición y organización de la

matriz que la hacen competente para ser mineralizada).

Depósito de mineral. In vitro se ha comprobado que estos estadios coinciden con la

activación sucesiva de una serie de genes. Los genes c-fos, c-jun, histona H4,

colágeno tipo I, fibronectina y factor de crecimiento transformante-ß que participan

en la proliferación y síntesis de los componente orgánicos de la matriz ósea. La

expresión de fosfatasa alcalina en membrana participa en el proceso de calcificación

de la matriz ósea. La expresión de los genes que codifican la sialoproteína ósea y la

24

Figura 6: Microfotografía electrónica de un osteoblasto y proteínas de membrana más importantes.

osteocalcina participan en el depósito de mineral.18 La fosfatasa alcalina es una

isoenzima que hidroliza ésteres de monofosfato a pH alcalino y deja de expresarse

cuando el osteoblasto deja de sintetizar proteínas. La osteocalcina es necesaria para

la mineralización ósea y la sialoproteína ósea interviene en la unión de los

osteoblastos con la matriz extracelular a través de las integrinas.

El osteoblasto también tiene a su cargo la calcificación de la matriz. El proceso

de calcificación parece que es iniciado por el osteoblasto mediante la secreción hacia la

matriz de las vesículas matriciales como se explicó anteriormente.

Los osteoblastos median en la resorción, llevada a cabo por los osteoclastos a

través de la síntesis de citoquinas específicas y sintetizan factores de crecimiento. La

vida media de los osteoblastos humanos es de 1 a 10 semanas, al término de las cuales

pueden desaparecer por mecanismos de apoptosis, transformarse en células de

revestimiento o quedar incluidos en la matriz ósea en forma de osteocitos.19

Células de revestimiento: Cuando los osteoblastos que han permanecido en la

superficie finalizan la síntesis de matriz, se aplanan y se convierten en células de

revestimiento. Estas células a través de la producción de factores locales como

interleukina-6, interleukina-11 parecen desarrollar un importante papel en el control del

remodelado óseo. En contraste con los osteoblastos que se ubican donde hay depósito

18 Op. Cit.4. Pág.15 .

19 Op. Cit.4. Pág.190 y 202. Pág. 15.

25

activo de matriz, las células de revestimiento son células aplanadas o adelgazadas que

revisten la superficie ósea. Estas células se parecen a las células osteoprogenitoras.

Osteocitos: son las células más abundantes del hueso, existen diez veces más

que los osteoblastos y se organizan formando un sincitio de células interconectadas que

representan una única estructura. Esta estructura le confiere la ventaja de una gran

superficie de contacto en el interior y hacia la superficie ósea, asegurando la provisión

de oxígeno y nutrientes.20

La cavidad de la matriz ósea que contiene el cuerpo celular del osteocito se

denomina laguna osteocitaria y los canalículos que albergan sus prolongaciones

citoplásmicas reciben el nombre de conductos calcóforos. Los osteocitos son células con

una escasa actividad metabólica pero su preservación parece necesaria para que el tejido

óseo mantenga sus propiedades biomecánicas.

Los osteocitos hacen parte del estadio final desde la línea osteoblástica y son

incapaces de renovarse. Comparten algunos marcadores con los osteoblastos, pero

tienen como marcador especifico el CD44, receptor de la membrana que se expresa en

osteocitos y es negativo en osteoblastos y células de revestimiento.

Osteoclastos: Son células multinucleadas encargadas de la resorción ósea. Sus

núcleos se sitúan en el extremo más alejado de la superficie ósea sobre la que asientan

20 Op. Cit.4. Pág.133. Pág. 15.

26

(Figura 7).21 Tiene en su membrana dos especializaciones: un borde en cepillo, que es

donde tiene lugar la resorción y una zona clara, rica en microfilamentos, con integrinas

que sirven de anclaje a la matriz. La adhesión de los precursores de los osteoclastos a la

matriz ósea ocurre luego que la superficie ósea queda libre de osteoblastos y células de

revestimiento.

Derivan de la célula madre hematopoyética a través de células formadoras de

colonias de granulocitos y macrófagos (CFU-GM). Su proliferación es activada por el

factor estimulante de colonias de macrófagos (M-CSF) y el reclutamiento de los

preosteoclastos se inicia a partir de las CFU-GM. El papel de las citoquinas sigue siendo

controvertido, explicando la interacción de las células de la médula ósea con las células

de la línea osteoblástica; así la interleukina-1, interleukina-6, factor de necrosis tumoral-

α y prostaglandina E2 parecen incrementar la activación osteoclástica. Sin embargo el

21 Op. Cit.4 Pág. 15.

Figura 7: Imagen microscópica de osteoclastos. La flecha marca un osteoclasto.

27

factor de crecimiento transformante-β reduciría la pérdida ósea, incrementando la

apoptosis de los osteoclastos.

Para ejercer su acción en el proceso de resorción, los osteoclastos se movilizan

hacia la zona a resorber y se adhieren a la superficie ósea mineralizada por el ribete en

cepillo sellando los bordes del área mediante las integrinas. La integrina del osteoclasto,

particularmente αvβ3, reconoce la secuencia RGD existente en el colágeno. A este nivel

el pH ácido, y enzimas proteolíticas como colagenasa, metalo-proteasas, catepsina K y

glucuronidasa, van a producir la resorción del hueso mediante solubilización de la

matriz orgánica y mineral (Figura 8).22

22 Op. Cit.4. Pág.147-149. Pág. 15

28

Figura 8: Esquema de los mecanismos implicados en la resorción ósea por parte de los osteoclastos.

Un canal de cloruro impide que aumente en exceso el pH intracelular. Se

intercambia bicarbonato por cloruro que posteriormente es transportado por un canal de

cloruro a la laguna de Howship. El intercambiador bicarbonato/cloruro garantiza que el

citoplasma se mantenga neutro a nivel eléctrico. La anhidrasa carbónica II genera

protones a partir de dióxido de carbono y agua, los protones se liberan hacia la laguna

de Howship por intermedio de una bomba generando un entorno ácido que favorece la

resorción de la matriz mineralizada.

Los osteoclastos expresan diferentes proteínas, algunas características de estas

células. La fosfatasa ácida tartrato resistente (TRAP), cuya actividad es aprovechada

para su identificación, tanto in vivo, como in vitro.23 El osteoclasto también expresa en

su membrana receptores para la calcitonina.

Algunas hormonas sistémicas que estimulan la resorción ósea, no actúan

directamente sobre los precursores de osteoclastos, sino sobre los osteoblastos. Tanto la

PTH, 1,25-dihidroxivitamina D3 y las hormonas tiroideas, incrementan la expresión de

RANKL en osteoblastos, pudiendo en algunos casos inhibir la síntesis de OPG con un

efecto neto de incremento de la resorción ósea. El efecto de los estrógenos parece ser

indirecto, a través de la regulación de diversos mediadores, ya que su papel de control

en el sistema RANKL-RANK, se lleva a cabo exclusivamente incrementando los

niveles de OPG efecto que se potencia con su papel supresor sobre la síntesis de:

interleukina-1, interleukina-6, prostaglandina E2, M-CSF y factor de necrosis tumoral-

23 Fisiología y fisiopatología ósea. Physiology and bone physiopathology. http://www.cfnavarra.es/salud/anales/textos/vol26/sup3/suple2a.html.Pág.7-9 Servicio de Endocrinología. Centro de Consultas Externas Príncipe de Viana. Pamplona.

29

α, frenando la diferenciación y activación de los preosteoclastos. La calcitonina inhibe

directamente la actividad osteoclástica a través de los receptores expresados en los

osteoclastos.

Existen otros factores locales que pueden condicionar el nivel de resorción ósea.

Por ejemplo, una concentración elevada de calcio, en el borde en cepillo de los

osteoclastos, es capaz de inducir su apoptosis.24

Osteogénesis

El hueso se desarrolla por la sustitución de un tejido conectivo preexistente. Los

dos procesos de formación de tejido óseo son: osificación intramembranosa y

osificación endocondral. La diferencia entre ambos tipos de osificación es que durante

la osificación endocondral el cartílago es sustituido por matriz ósea, mientras que en la

osificación intramembranosa la matriz ósea se sintetiza directamente por células del

linaje osteoblástico.25

Osificación intramembranosa: En la figura 9 cuadro 1, se observan células

mesenquimales que se agregan.26 Este proceso se controla por señales de los

polipéptidos de las familias Wnt, del factor de crecimiento fibroblástico y del factor de

crecimiento transformante-ß. En el cuadro 2, las células mesenquimales se diferencian a

osteoblastos.

24 Op. Cit.4. Pág.41. Pág.15.25 Op. Cit.4. Pág.128-30. Pág 15.26 Op. Cit.4. Pág.147-9. Pág.15.

30

En el cuadro 3, se observa el osteoide depositado por los osteoblastos.

Posteriormente, se utiliza calcio en el proceso de mineralización y los osteoclastos

inician el remodelado del tejido óseo.

Muchas trabéculas individuales aumentan de tamaño mediante crecimiento por

aposición y al final se fusionan para formar un centro de osificación primaria,

organizado durante el primer estadio de la osificación intramembranosa. Aunque la

formación del tejido óseo primario empieza como un proceso intersticial, pronto se

vuelve un proceso aposicional. Los osteoblatos quedan atrapados dentro del osteoide

calcificado, transformándose en osteocitos.27

El depósito continuo de osteoide en las superficies trabeculares determina la

oclusión de los espacios intertrabeculares y se forma el hueso compacto. En otras zonas

27 Op.Cit.4.Pág.147. Pág.15.

Figura 9: Proceso de osificación intramembranosa a partir de mesénquima.

31

no se produce el engrosamiento de las trabéculas y el tejido conjuntivo del espacio

intertrabecular se diferencia a tejido hematopoyético. Los huesos frontal y parietal y

parte de los huesos temporal, occipital, mandibular y maxilar se desarrollan mediante

osificación membranosa.

Osificación endocondral: El hueso se forma reemplazando el cartílago hialino

preexistente. El mecanismo de la deposición de matriz ósea durante la osificación

intramembranosa y la osificación endocondral es esencialmente el mismo. Se establece

una red trabecular principal y a continuación, se transforma en hueso maduro.28

La osificación endocondral es característica de los huesos largos, la columna

vertebral y la pelvis. Se observa la siguiente secuencia:

Los condrocitos del centro de la estructura de cartílago hialino se vuelven

hipertróficos y empiezan a sintetizar el colágeno de tipo X y el factor de crecimiento

endotelial vascular.

Los vasos del pericondrio invaden el centro de cartílago hipertrófico cuya matriz se

calcifica: es el establecimiento del centro de osificación primaria (Figura 10).29

Las células pericóndricas forman un delgado collarín perióstico en el tercio medio

de la diáfisis. El collarín perióstico forma hueso trabecular mediante un proceso de

osificación intramembranosa.

28 Op. Cit.4; Pág.149-50. Pág.15.29 Op. Cit.4. Pág.149. Pág.15.

32

Los vasos invaden el espacio que antes estaba ocupado por los condrocitos

hipertróficos permitiendo la llegada de las células osteoprogenitoras y

hematopoyéticas.

Figura 10: Osificación endocondral, formación de centro de osificación primario

33

Figura 11: Osificación endocondral, formación de centros de osificación secundario.

Las células osteoprogenitoras se diferencian en osteoblastos, que se alinean a lo

largo de la matriz de cartílago calcificado y empiezan a depositar osteoide. En este

momento el centro de osificación primaria comprende dos componentes: el collarín

perióstico y el centro de osificación en el interior de la estructura de cartílago. A

continuación suceden dos etapas: el crecimiento en longitud del hueso y el desarrollo

de los segundos centros de osificación en las epífisis (Figura 11).30

Los centros de osificación secundarios se producen por la sustitución del cartílago

hialino por hueso esponjoso, salvo en el cartílago articular y en el cartílago de

crecimiento epifisiario de las metáfisis.

El cartílago de crecimiento conserva la capacidad de condrogénesis y, tras la

pubertad, se sustituye por la línea epifisiaria.

Remodelación ósea

El hueso es capaz de regenerarse, permitiendo su restitución integral tras un

trauma. Por considerarse un tejido dinámico en constante formación y resorción,

mantiene un equilibrio conocido como proceso de remodelado óseo en el cual se

consigue renovar el hueso, entre un 5 y un 15% en un año en condiciones normales. El

remodelado óseo es un proceso llevado a cabo por los osteoclastos y por los

osteoblastos. La actividad conjunta de ambas células se conoce como unidad básica de

remodelado óseo.

30 Op. Cit.4. Pág.150. Pág.15.

34

La remodelación ósea consiste en el reemplazo del hueso antiguo por uno recién

formado. Es un proceso continuo a lo largo de la vida y los propósitos de la

remodelación son fortalecer el tejido óseo mediante la reparación de las microfracturas

y mantener la homeostasis del calcio.

En condiciones normales, el hueso resorbido es reemplazado por el mismo

volumen de hueso nuevo. Si el volumen de hueso resorbido no es completamente

reemplazado por hueso nuevo el tejido se debilita.

Hay dos formas de remodelación ósea: remodelación cortical y remodelación

trabecular.31

La remodelación del hueso cortical implica la resorción de un sistema

haversiano antiguo seguido por la organización de un nuevo sistema haversiano. Los

osteoclastos forman un túnel de resorción centrifuga que es rellenado centrípetamente

por osteoblastos. Para que ocurra este fenómeno, deben ocurrir cuatro fases de actividad

celular:

Activación: Los precursores de los osteoclastos son reclutados al canal de Havers y

se diferencian a osteoclastos, los cuales revisten la laminilla ósea que afronta el canal

y empiezan el proceso de resorción ósea de la laminilla interna y las consecutivas en

dirección a la laminilla externa.

31 Op. Cit.4. Pág.158-60. Pág.15

35

Resorción: Se reclutan más precursores de osteoclastos conforme progresa

ligeramente la resorción de las laminillas más allá del límite de la osteona original.

Inversión: Los osteoblastos invierten el proceso de resorción organizando una capa

dentro de la cavidad de resorción y comienzan a secretar osteoide. La línea de

cementación indica el límite de laminillas recién organizadas.

Formación: Los osteoblastos continúan depositando osteoide y al final quedan

atrapados dentro de la matriz ósea mineralizada para convertirse en osteocitos. Las

líneas de cementación son el marcador del inicio de la remodelación. Las fuerzas

externas que actúan sobre las osteonas pueden producir microfracturas las cuales

pueden ser neutralizadas por la línea de cementación y por la disposición y

orientación alternante de las fibras de colágeno mineralizadas en el hueso laminar.

Las microfracturas limitadas a la región de la osteona se pueden reparar mediante el

proceso de remodelación osteoblasto-osteoclasto. Cuando existe un defecto en la

arquitectura de la osteona, la microfractura se extiende y puede producir una fractura

ósea completa.32

Por otra parte la remodelación del hueso trabecular tiene lugar en la superficie

ósea a diferencia de la remodelación del hueso cortical, que se produce en forma de

túneles. La superficie endóstica de las trabéculas se remodela por este mecanismo,

cuyos pasos son parecidos a los de la remodelación del hueso cortical.33

32 Op. Cit.4. Pág.164. Pág.15.33 Op. Cit.4. Pág.164. Pág.15.

36

El proceso de resorción puede llegar a incrementar la fragilidad ósea, más allá de

lo esperable simplemente por la disminución de la densidad mineral. En las trabéculas

se producen erosiones durante la resorción así como aumento de porosidad. Si el

fenómeno se repite en el mismo territorio, el resultado será de pérdida de la estructura.

Además, el proceso de formación ósea requiere más tiempo que el de resorción, por lo

que si la remodelación ósea está aumentada, se compromete la mineralización, con

posterior incremento de la fragilidad del hueso.34

Reparación ósea

La regeneración tisular es la respuesta que consigue la restitución ad-integrum

del tejido tras un trauma. Por otra parte la reparación es el proceso de formación de un

tejido cicatricial, con características diferentes al original. En este sentido el hueso es un

tejido que se regenera tras una lesión. La regeneración ósea origina una respuesta en la

que están involucrados los vasos sanguíneos, las células y la matriz extracelular.

Es conocida la importancia de los vasos sanguíneos en la osteogénesis35. Tras un

trauma, se produce una respuesta inflamatoria y un hematoma inicial. Las células del

coágulo liberan interleukinas y factores de crecimiento, originando la migración de

linfocitos, macrófagos, precursores de osteoclastos y células mesenquimales

pluripotenciales. Estas señales moleculares promueven la diferenciación hacia células

endoteliales, fibroblastos, condroblastos y osteoblastos, dando origen a un nuevo tejido

que reemplazará al coágulo. Todo ello está regido por una serie de complejas

34 Op. Cit4. Pág.130. Pág.15.35 Trueta J. 1963. The role of blood vessels in osteogenesis. J Bone Joint Surg Br 45:402.

37

interacciones entre factores de crecimiento, hormonas y citoquinas. En este proceso va a

ser fundamental el aporte vascular, la síntesis proteica y la mineralización.36, 37, 38

El defecto óseo y el proceso de reparación

La Orthopaedic Trauma Association ha creado una clasificación de defectos

óseos que describe la magnitud del defecto resultante.39

El tipo de fractura obliga a valorar cada caso con sus particularidades, donde no

sólo se involucran el tejido óseo sino la vascularización del mismo, las partes blandas

que le rodean y el estado endócrino-metabólico del individuo. En dependencia de la

localización de la injuria y su magnitud será el pronóstico de la cicatrización.40

Se ha planteado el uso de injertos óseos autólogos o heterólogos en aquellas

fracturas que presenten un defecto óseo. Los implantes de hidroxiapatita empleados

como sustitutos de injerto óseo aumentan considerablemente su resistencia mecánica al

quedar invadidos por tejido óseo de neoformación.41,42,43

36 Gehron Robey P, Fedarko NS, Hefferan TE, Bianco P, Vetter UK, Grzesik W et al. 1993. Structure and molecular regulation of bone matrix proteins. J Bone Miner Res 8:483-7.37 Schonau E, Rauch F. 1997. Markers of bone and collagen metabolism. Problems and perspectives in Pediatrics. Horm Res 48:50-9.38 Canalis E, Economides AN, Gazzerro E. 2003. Bone morphogenetic proteins, their antagonists, and the skeleton. Endocr Rev 24:218-35.39Crenshan, A. 1992. Cirugía Ortopédical. 8ª Ed. Médica Panamericana, Buenos Aires. Pág. 1211-67. 40 Escarpenter JC. 2005. Seudoartrosis Diafisiarias. Diagnóstico morfológico funcional y consideraciones terapéuticas. Ed. Ciencias Médicas. La Habana.41 Ferrer Lozano. 2008. Evaluación anatomo-funcional de defectos óseos en fracturas de tibia. http://www.portalesmedicos.com/publicaciones/articles/1163/4/Evaluacion anatomo funcional de defectos óseos en fracturas de tibia.42 Cambras R, Ceballos A. 1985. Tratado de Cirugía Ortopedia y Traumatología. Tomo 1. Ed. Pueblo y Educación, La Habana, Pág. 94-100.43 Pereda O. 2005. Metodología de empleo de hidroxiapatita coralina HAP-200 en Ortopedia y Traumatología. Rev. Cubana Ortop Traumatol 19(1): 35-40.

38

La vascularización y las características histológicas que rodean la lesión serán

fundamentales para su recuperación. Aquellas fracturas que tengan una localización en

el tercio medio o por debajo de los agujeros nutricios tendrán un aporte vascular

limitado y dificultarán el aporte sanguíneo. Un periostio intacto es un elemento que

favorece el pronóstico, su defecto requiere de un tejido puente que aporte una

neovascularización.

Flúor y su efecto sobre el tejido óseo

El flúor se encuentra en la naturaleza en suelos, agua, aire y organismos vivos.

La concentración es muy variable dependiendo de la región investigada. El flúor puede

ingresar al organismo a lo largo de la vida, ya sea en forma espontánea o como recurso

terapéutico bajo la forma química de fluoruro. La forma más común de ingestión de

fluoruro es con la ingesta de agua. El contenido de fluoruro en el agua puede variar

desde valores menores a 10-6 mol/l y alcanzar hasta 0,15 mol/l.44 Algunos alimentos

poseen elevado contenido de flúor, como ciertos peces, el té 45 y vegetales de zonas con

suelos con alto contenido de flúor.46 El fluoruro es utilizado en distintas terapias

farmacológicas, en las formas de fluoruro de sodio (NaF)47 y monofluorofosfato

(MFP).48

44 World Health Organization. 1969. Fluoride: Guidelines for drinking water quality. Vol 2. Health Criteria and other supporting information. Geneva. 1985.45 Cook HA. Fluoride and tea. Lancet 2:329. 46 Kramer L, Osis D, Wiatrowski E, Spencer H. 1974. Dietary fluoride in different areas in the United States. Am J. Clin. Nutr. 27:590-4. 47 Aloia JF, Zange I, Vaswarri A, Ellis D, Cohn SH. 1982. Combination therapy for osteoporosis with estrogen, fluorides and calcium. J. Am. Geriatr. Soc 30:13-7. 48 Resch H, Libanati C, Talbot J, Tabuenca M, Farley S, Bettica P, Tritthart W, Baylink,D. 1994. Pharmacokinetic profile of a new fluoride preparation: sustained-release monofluorophosphate. Calcif.Tissue Int 54:7-11.

39

El fluoruro es un mitógeno de las células óseas que produce incremento de la

masa ósea.49 El mecanismo de acción sobre el osteoblasto es parcialmente conocido y la

hipótesis con mayor sustento experimental se basa en su actividad inhibitoria sobre la

tirosin fosfatasa ácida del osteoblasto50 encargada de defosforilar proteínas involucradas

en la transducción de señales.

Los parámetros farmacocinéticos del MFP son diferentes de los obtenidos para

el NaF.51 A igualdad de dosis de fluoruro, el hueso de ratas tratadas con MFP presenta

un contenido de flúor óseo superior al de las ratas tratadas con NaF. La

biodisponibilidad de fluoruro cuando se administra MFP es el doble que si se utiliza

NaF en dosis equimolares. Al administrar NaF en plasma se encuentra fluoruro como

especie química predominante. En cambio, luego de la administración oral de MFP,

además del fluoruro, se encuentra en plasma una fracción de flúor ligado a proteínas52,53

que se origina a partir de una fracción de MFP que se absorbe en el estómago y se liga a

las alfa-macroglobulinas (AM).

49 Lau KH, Farley JR, Freeman TK, Baylink DJ. 1989. A proposed mechanism of the mitogenic action of fluoride on bone cells inhibition of the activity of an osteoblastic acid phosphatase. Metabolism 38:858-68. 50 Farley JR, Tarbaux N, Hall S, Baylink DJ. 1990. Mitogenic action(s) of fluoride on osteoblast line cells; determinants of the response in vitro. J. Bone Miner. Res. 5, Supp 1:S107-13. 51 Rigalli A, Cabrerizo M, Beinlich A, Puche RC. 1994. Gastric and intestinal absorption of monofluorphosphate and fluoride in the rat. Arzneimittelforschung.44:651-5. 52 Pera LI, Brun LRM, Rigalli A, Puche RC. 2003. Identificación de proteínas derivadas de la alfa2-macroglobulina en el hueso de ratas tratadas con monofluorofosfato de sodio. Rol de estas proteínas en la biodisponibilidad de flúor. Rev. Med. Rosario. 69:36-43. 53 Rigalli A, Morosano M, Puche.RC. 1996. Biovailability of fluoride administered as sodium fluoride or sodium mo,ofluorophosphate to human volunteers. Arzneimittelfoschung 46:531-3.

40

Las AM son antiproteasas del plasma a las que se liga el MFP. Estas proteínas

pierden su actividad biológica cuando se ligan al MFP in vitro e in vivo.54 La absorción

de MFP y la formación del complejo AM-MFP se encuentra aumentada en ratas tratadas

con MFP y calcio, situación en la que aumenta la absorción intestinal del MFP debido a

inhibición de la enzima fosfatasa alcalina.55 El complejo AM-MFP es biológicamente

activo con respecto al metabolismo óseo, debido a que su catabolismo genera fluoruro

que vuelve al espacio extracelular. Una ventaja adicional del MFP es que la fracción de

F ligada a las proteínas no produce efectos adversos que si produce el NaF.56

El complejo AM-MFP es captado in vitro e in vivo por receptores presentes en

hígado y hueso de rata.57,58 La diferenciación y proliferación de osteoblastos a partir de

células pluripotentes del estroma de la médula ósea involucra a las cascadas de

señalización del sistema Wnt/beta-catenina. Los precursores de osteoblastos expresan el

receptor LRP de las proteínas Wnt.59 Algunas isoformas del receptor LRP reconocen a

la AM luego de su inactivación, proceso que puede ser llevado a cabo por la unión a

proteinasas o a moléculas como el MFP.

54 Rigalli A, Esteban L, Pera L, Puche RC. 1997. Binding of monofluorophosphate to alpha-2-macroglobulin and C3. Calcif Tissue Int 60:86-9. 55 Beinlich A, Brun L, Rigalli A, Puche RC. 2003. Intestinal absorption of disodium monofluorophosphate in rat as affected by concurrent adminstration of calcium. Arzneimittelforschung 53:584-9. 56 Rigalli A, Ballina JC, Roveri E, Puche RC.1990.Inhibitory effect of fluoride on the secretion of insulin. Calcif.Tissue Int 46:333-8. 57 Esteban L, Rigalli A, Puche RC. 1999. Metabolism of the complex monofluorophosphate- a2-macroglobulin in the rat. Medicina (Buenos Aires) 59:151-6. 58 Pera LI. Tesis doctoral: Identificación de las especies Químicas con flúor presente en hueso de ratas tratadas con monofluorfosfato de sodio (MFP) . Doctorado en Ciencias Biomédicas Facultad de Ciencias Medicas. UNR59 Krishnan V, Bryant HU, MacDougald A. 2006. Regulation of bone mass by Wnt signaling. J. Clin. Invest. 226:1202-9.

41

El efecto del MFP sobre el hueso podría en parte, atribuirse al fluoruro liberado

por su hidrólisis. Sin embargo el mecanismo no parece ser igual al ejercido por el

fluoruro, ya que al suspender el tratamiento la masa ósea de los animales se mantiene

elevada, respecto de los controles y los animales tratados con NaF.60 Los resultados

mencionados sugieren una posible interacción del complejo AM-MFP con el receptor

LRP de precursores osteoblásticos. Esta interacción podría aumentar la afinidad entre

LRP y Wnt, disminuir la acción de proteínas inhibidoras del receptor LRP como las

proteínas Dkk y esclerostina o, la relación del receptor LRP con el co-receptor Kremen.

En cualquiera de estas situaciones la acción de Wnt sobre la diferenciación de

osteoblastos sería mayor.

60 Op. Cit.Pág 8.

42

CAPÍTULO 4

HIPÓTESIS

Como se detalló en el capítulo anterior, el MFP y el NaF producen un aumento

del tejido óseo trabecular en ratas normales, evidenciado a través de un aumento del

número de trabéculas y de su grosor. Además el MFP tiene un efecto adicional

aumentando el hueso cortical y la biodisponibilidad de flúor del MFP es el doble de la

NaF. Por estas razones se plantea la hipótesis que en presencia de NaF o MFP se

debería obtener una mejor reparación de los defectos óseos, comparado con animales

controles. Por las razones expuestas, se debería observar un proceso de reparación más

evidente en animales tratados con MFP comparado con el NaF.

Justificación

Este estudio de tipo experimental aleatorizado controlado está motivado por las

diferentes revisiones realizadas tanto en Ortopedia como en Odontología sobre

mecanismos de reparación de defectos óseos.61,62,63 Sus revisiones debaten la

confiabilidad científica de los procedimientos realizados para aumento óseo, sugiriendo

que hacen falta más estudios clínicos de tipo aleatorios para su validación64. Asimismo,

no existe información sobre el efecto del MFP y del NaF en la reparación de lesiones o

61 Esposito M, Grusovin MG. 2006. The efficacy of various bone augmentation procedures for dental implants: a Cochrane systematic review of randomized controlled clinical trials. Int J Oral Maxillofac Implants 21(5): 696-710. 62 Aghaloo L. 2007. Which hard tissue augmentation techniques are the nost successful in furnishing bony support for implant placement?. Int J of Oral Maxillofacial Implants. 63 Gielkens P F. Bos RRl. 2007. Is there evidence that barrier membranes prevent bone resorption in autologous bone grafts during the healing period? A systematic review. Int J Oral Maxillofac Implants 22(3): 390-8.64 Op. Cit. 23. Pág.29

43

defectos óseos en animales de experimentación. Investigaciones previas han sido

enfocadas a los estudios metabólicos en animales sanos, especialmente en ratas en

crecimiento y en las cuales se indican que el tratamiento con NaF o MFP podría

aumentar la masa ósea por estímulo de la formación ósea.65

Los individuos afectados por lesiones óseas que requieren de reparación del

tejido sufren limitaciones en su calidad de vida en cuanto a movilidad y salud oral entre

otros. En la recuperación del tejido óseo postrauma es necesario el mejoramiento en el

volumen y densidad ósea en el sitio de la lesión para proveer firmeza, estabilidad y

funcionalidad procurando además que perduren en el tiempo.

Se consideró entonces que el fluoruro contribuiría a una mejor producción de

masa ósea y depósito mineral por su efecto estimulante sobre los osteoblastos. Por otra

parte el fluoruro aumentaría la velocidad de reparación del defecto no crítico.

Viabilidad

La investigación se realizó en el Laboratorio de Biología Ósea de la Facultad de

Ciencias Médicas de la Universidad Nacional de Rosario. El Laboratorio cuenta con un

equipo interdisciplinario de profesionales de las áreas de Química, Bioquímica,

Biotecnología y Medicina y el equipamiento necesario para el desarrollo de esta tesis:

equipo para rayos X, determinaciones bioquímicas y moleculares, sala de cirugía para

ratas, equipamiento para procesamiento de muestras y diagnóstico histológico. El grupo

65 Op. Cit.2. Pág.8

44

cuenta con treinta años de experiencia en el tema en estudio, modelos y manejo de

animales de laboratorio siguiendo normas internacionales.66,67

66 Guide for the care and use laboratory animals. 1985. National Institute of Health. Publication N° 86-23. 67Guide to the care and use of experimental animal. 1993. Volume 1. Olfert ED, Cross BM, McWilliam AA, Eds. Canadian Council on animal care Guidelines.

45

CAPÍTULO 5

MATERIALES Y MÉTODOS

A continuación se hace una breve descripción del trabajo experimental. Los

experimentos fueron realizados en ratas, las que fueron sometidas a cirugía durante la

cual se produjo un defecto óseo no crítico en la epífisis proximal de las tibias. Se

dividieron los animales en tres grupos de 6 animales cada uno: Controles, tratados con

NaF y tratados con MFP. Los tratamientos se administraron durante 30 días. Al inicio

del experimento y a los 10, 20 y 30 días se obtuvieron muestras de sangre para

determinaciones bioquímicas (calcemia, fosfatemia, fosfatasa alcalina y fluoremia), se

registró el peso corporal y se obtuvieron radiografias de las tibias para medida de

densidad mineral ósea (DMO) del hueso sano y de la zona del defecto. A los 30 días,

luego de la eutanasia se obtuvieron las tibias en las que se realizó el análisis histológico

de la zona del defecto. El efecto de los tratamientos sobre el proceso de reparación del

defecto y la calidad del hueso formado se evaluó por la DMO y las características

histológicas del hueso formado en la zona del defecto. Las variables bioquímicas fueron

utilizadas como controles adicionales del éxito de los tratamientos.

A continuación se describen de manera detallada los procedimientos y

materiales utilizados.

46

Animales de experimentación

Se utilizaron ratas de la línea IIM/FM sub-línea “e” de 7 semanas, pesos:

187±14 g. Los animales se manipularon de acuerdo a las normas internacionales de

cuidado y tratamiento de animales de experimentación.

Los animales se alojaron en jaulas colectivas (hasta 6 animales por jaula) o

individuales, según el momento del experimento. Las ratas tuvieron acceso a agua y

alimento ad libitum. El bioterio fue controlado automáticamente para mantener la

temperatura entre 23-25°C, circular y filtrar el aire y mantener el ciclo luz-oscuridad

12h-12h. La limpieza y controles se realizaron diariamente por personal del laboratorio.

Esterilización del material quirúrgico

El material quirúrgico de acero inoxidable utilizado en las cirugías fue

esterilizado en estufa durante 3 h a temperatura de 140 °C. El material a esterilizarse en

calor húmedo fue llevado al autoclave durante 30 min a 120 °C.

Anestesia general

Se realizó preanestesia por inyección subcutánea de una mezcla de 1,2 mg de

xilazina/100 g peso corporal y 3 mg ketamina/100 g de peso corporal. Luego de

alcanzado un grado adecuado de narcosis y sedación se inyectaron por vía intramuscular

clorhidrato de lidocaína y 5 minutos después en el mismo sitio se inyectaron 3 mg

ketamina /100 g de peso corporal.68

68 De Candia F, Rigalli A, Di Loreto V. 2009. Anesthesia and Analgesia. En Experimental surgical models in the laboratory rat. Rigalli A, Di Loreto V Eds. CRC Press. Taylor & Francis Group. Boca Ratón. USA. Pag 21-30.

47

Analgesia y antibioticoterapia

Después de la cirugía o procedimiento experimental potencialmente doloroso

para el animal se inyectaron por vía subcutánea 2,5 mg diclofenac/100 g de peso

corporal. Se evaluó el dolor a través del estado de movilidad, agresividad y reacción al

contacto y se repitió la dosis a intervalos requeridos. Durante las intervenciones

quirúrgicas se realizó antibioticoterapia con ceftriaxona, realizando la inyección

intramuscular de 3 mg del antibiótico/100 g de peso corporal disuelto en 0,1 ml de

solución fisiológica estéril. La inyección se realizó 30 min antes de la cirugía.69

Cirugías

Se llevaron a cabo en un quirófano para ratas. El ambiente quirúrgico fue

esterilizado por medio de lámparas de luz ultravioleta 2 h previas a la cirugía. El

cirujano y asistentes utilizaron vestimenta descartable y las condiciones de asepsia

adecuada.

Se rasuró la zona a incidir en las patas traseras del animal. Previa asepsia del

campo quirúrgico con iodopovidona, se realizó una incisión longitudinal en ambas

tibias con bisturí Nº 15 y se decoló la fascia hasta llegar a exponer el hueso. Se realizó

una cavidad en la región anteropatelar de cada tibia hasta llegar al hueso medular,

utilizando una mecha acerada de 2 mm, con rotación manual para no producir necrosis

ósea por sobrecalentamiento de la zona. Dicha cavidad no se rellenó con ningún

69 Di Loreto V, Rigalli A. 2009. Antibiotics. En Experimental Surgical Models in the Laboratory rat. Rigalli A, Di Loreto V Eds. CRC Press. Taylor & Francis Group. Boca Ratón. USA. Pág 33.

48

material. Luego de realizada las intervención quirúrgica se suturó por planos con hilo

reabsorbible.

Eutanasia

Se realizó sometiendo en primer término al animal a anestesia general hasta

obtener una profunda anestesia y analgesia. Luego se realizó una inyección intra-

cardíaca de KCl saturado para producir un paro cardiorrespiratorio instantáneo.70

Administración del NaF y del MFP

El NaF o MFP se administraron por sonda orogástrica a partir del día siguiente

de la cirugía de producción del defecto óseo y se continuó por 30 días. La dosis

utilizada fue de 80 µmol de fluoruro/día. Para lograr esta dosis se administró 1 ml de

solución 80 mmol/l de NaF o MFP. El grupo Control recibió 1 ml de agua destilada. Se

utilizó sonda de polietileno K35 con jeringa descartable de 5 ml.

Obtención de muestras de orina y sangre

Al inicio del experimento y a los 10 y 20 días se extrajeron 200 µl de sangre de

la vena de la cola, en capilares heparinizados. Se centrifugaron los capilares y se

cortaron en la separación plasma-glóbulos. El plasma se guardó a -20 ºC hasta el

momento de las determinaciones. El día de la eutanasia y previo a este proceso, se

obtuvo una muestra de sangre por punción cardíaca. Se utilizó heparina como

anticoagulante, se centrifugó y se guardó el plasma a -20 ºC.

70 Rigalli A. Euthanasia. 2009. En Experimental surgical models in the laboratory rat. Rigalli A, Di Loreto V Eds. CRC Press. Taylor & Francis Group. Boca Ratón. USA. Pág. 31.

49

Las muestras de orina de 24 h se obtuvieron colocando a cada animal en una

jaula individual con un dispositivo para la recolección de orina y evitar la

contaminación de la misma con materia fecal y alimento. El volumen de orina se midió

con probeta con un error de 0,1 ml. Una alícuota de la muestra se guardo a -20 ºC para

las determinaciones correspondientes.

Determinación de la concentración de fluoruro urinario

La medición de la concentración de fluoruro en orina se realizó por

potenciometría directa71 utilizando un electrodo de ion específico ORION 94-09 y un

electrodo de referencia de Ag/AgCl conectados a un conversor analógico digital. La

determinación se basa en la relación lineal existente entre los mV desarrollados por los

electrodos y el logaritmo de la concentración de fluoruro en las muestras o patrones

utilizados.

Simultáneamente con las muestras se procesaron soluciones patrones de NaF de

10-3 mol/l – 10-6 mol/l. A las muestras y las soluciones patrón se les adicionó un 10% de

solución amortiguadora de pH ácido acético/acetato de sodio 2 mol/l, para ajustar el pH

a 5,0-5,5 y homogeneizar la fuerza iónica de las soluciones. La técnica requirió

muestras de orina de 50 µl o más.

71 Rigalli A, Pera LI, Di Loreto V, Brun LR. Determinación de la concentración de flúor en muestras biológicas. 1° Ed. Editorial de la Universidad Nacional de Rosario. Rosario. Argentina. 2007.

50

Determinación de la concentración de flúor plasmático

La medición de la concentración de flúor plasmático se realizó por

potenciometría directa utilizando un electrodo de ion específico ORION 94-09 y un

electrodo de referencia de Ag/AgCl conectados a un conversor analógico digital. La

determinación se basa en la relación lineal existente entre los mV desarrollados por los

electrodos y el logaritmo de la concentración de fluoruro en las muestras o patrones

utilizados. Previo a la determinación potenciométrica, el flúor se aisló de las muestras

por microdifusión isotérmica, tratando la muestra con ácido fosfórico concentrado

durante 24h a 60 °C y recuperando el ácido fluorhídrico desprendido de la muestra

sobre NaOH sólido depositado en la tapa de la cámara de destilación.

Luego de la destilación isotérmica, el NaOH de la tapa se ajustó a pH 5,5 con

ácido acético diluido 1/120 y se llevó a un volumen final de 60 µl. Este procedimiento

requiere muestras de plasma o suero de 20-100 µl y simultáneamente con las muestras

se procesaron testigos de NaF de concentraciones 10-3 mol/l - 10-6 mol/l .

Preparados histológicos

Luego de 30 días de tratamiento, se extrajeron ambas tibias y se realizó la

descalcificación de las tibias siguiendo los pasos que se detallan a continuación:

Disección de tibias y eliminación de tejidos blandos.

Fijación en formol buffer fosfato.

51

Corte transversal al 40 % desde parte proximal con la ayuda de un microtorno.

Descalcificación en EDTA 10 %, pH 7 a 4 °C. A los 15-20 días se reemplazó la

solución de EDTA, se cortaron los huesos longitudinalmente y se mantuvieron en la

solución por 20 días. Luego de asegurar una completa descalcificación, se procedió

de manera similar a los tejidos blandos, teniendo la precaución de dejarlo al menos

60 min por frasco en la deshidratación y aclaración previa a la preparación del taco.

Para la preparación del taco se aisló utilizando un bisturí la zona del defecto,

claramente visible a simple vista. Esta porción se utilizó en el taco ubicándola de

manera de obtener un corte transversal del hueso.

En el proceso de coloración con hematoxilina y eosina se siguieron los pasos de

rutina usados para los tejidos blandos y los tiempos de permanencia de las muestras

dentro de los reactivos fueron estandarizados para cada proceso. Luego se procedió a la

observación al microscopio.

Determinación de fosfatasa alcalina plasmática

La actividad de la fosfatasa alcalina plasmática se realizó utilizando un equipo

comercial ALP 405 línea líquida (Laboratorio Wiener, Rosario, Argentina). La técnica

se fundamenta en la medida del cambio de absorbancia a 405 nm, generado por la

hidrólisis del p-nitrofenilfosfato en medio alcalino por la enzima fosfatasa alcalina. Las

medidas de absorbancia se realizaron en un espectrofotómetro Perkin Elmer Lambda 11

y los resultados se expresaron en U/l.

52

Determinación de fósforo inorgánico

El fósforo inorgánico se midió utilizando el kit comercial Fosfatemia UV AA

(Laboratorio Wiener, Rosario, Argentina). El método se fundamenta en la reacción del

fósforo con el molibdato en medio ácido y la formación de un complejo fosfomolíbdico.

La determinación utilizó 5 ul de plasma y simultáneamente se procesó una solución

patrón de 4 mg/dl de fosfato, con la que se construyó una curva de calibración. La

absorbancia a 340 nm es proporcional a la concentración de fósforo inorgánico en la

muestra, la que se determinó utilizando un espectrofotómetro Perkin Elmer Lambda 11.

Determinación de calcio plasmático

La calcemia se midió con un equipo comercial CaColor AA (Laboratorio

Wiener, Rosario, Argentina). El método se fundamenta en la reacción del calcio con o-

cresolftaleina complexona a pH 10,8, dando un complejo de color magenta que se mide

espectrofotométricamente a 570 nm. La determinación utiliza 5-15 µl de muestra y

simultáneamente se construyó una curva de calibración utilizando una solución patrón

de 10 mg Ca/dl. La medición de la absorbancia es proporcional a la concentración de

calcio en la solución, la que se determinó utilizando un espectrofotómetro Perkin Elmer

Lambda 11.

53

Medición de densidad mineral ósea

Se realizaron medidas de la DMO de la zona del defecto óseo y de zonas

circundantes de hueso que no fue afectado por el defecto. La medida de la DMO se

realizó por análisis de las radiografías de la tibia simultáneamente, con un patrón con

una escala de densidades de calcio de 51,9; 40,7; 28,6; 18,7 y 7,9 mg Ca/cm2 (Figura

12).72 Las mediciones se realizaron con el software de procesamiento de imágenes

digitales ImageJ 1.40 (National Institutes of Health, Maryland, USA). Para el análisis se

utilizaron imágenes digitales de las radiografías obtenidas con un equipo de rayos X de

70KV.

Brevemente, el procedimiento consiste en obtener a partir de la imagen digital y

con el software mencionado, el valor de la densidad óptica del sector del hueso a

72 Moreno H, Lombarte M, Di Loreto V. 2009. Bones and Bone Tissue. En Experimental Surgical Models in the Laboratory rat. Rigalli A, Di Loreto V Eds. CRC Press. Taylor & Francis Group. Boca Ratón. USA. Pág. 229-32.

Figura 12: Radiografía de una tibia y el patrón con concentraciones de calcio conocidas.

54

evaluar y de cada uno de los sectores del patrón con una densidad de calcio. Con los

valores de densidad de calcio conocidos del patrón y la densidad óptica medida se

construye una curva de calibración. Cada radiografía de un hueso se hace

simultáneamente con el patrón debido a que la curva de calibración no siempre tiene los

mismos parámetros. En cada caso se realiza el ajuste correspondiente, se obtienen los

parámetros de la curva y con estos se calcula la densidad de calcio en el sector de hueso

en estudio, utilizando la densidad óptica de éste sector.

Consideraciones sobre el efecto estrogénico en la rata

Teniendo en cuenta que el ciclo estral de la rata tiene una duración de 5 días y

que cada una de las etapas dura tan sólo unas horas (estro 12 h, metaestro 21 h, diestro

65 h, proestro 12 h), no se consideró la etapa en que cada rata se encontraba al inicio del

experimento, considerando que en el experimento total (30 días), se incluirían

aproximadamente 6 ciclos.

55

CAPÍTULO 6

RESULTADOS

Efecto del tratamiento sobre el crecimiento de las ratas

El tratamiento no afectó el crecimiento de los animales en ninguno de los grupos

experimentales. Luego de 30 días de tratamiento los animales alcanzaron el peso

correspondiente a la edad. El peso en función del tiempo fue ajustado por una función

lineal. Este ajuste pudo utilizarse debido al tiempo de duración del experimento y a la

edad de los animales. El crecimiento se evaluó por la pendiente de la recta de regresión

(g/día), el que fue significativamente diferente de cero (regresión lineal, p<0,05) para

los tres grupos experimentales, Controles: 1,4±0,2 g/día; NaF: 1,0±0,2 g/día; MFP:

1,2±0,3 g/día, y no fue diferente entre los grupos experimentales, regresión lineal,

p>0,05, n=6 por grupo. El peso final alcanzado al día 30 de experimento tampoco fue

diferente entre los grupos experimentales, Controles: 217±10 g; NaF: 213±12 g; MFP:

228±4 g, (ANOVA, p>0,05).

Conclusión parcial: el crecimiento corporal similar en todos los grupos permite

descartar posibles efectos adversos de la medicación sobre el crecimiento.

Efecto del tratamiento sobre la densidad mineral del hueso sano

La DMO del hueso sano no se modificó a lo largo del tratamiento, como lo

evidencia la pendiente de la regresión lineal de la DMO en función del tiempo para los

56

tres grupos experimentales (regresión lineal, p>0,05). Controles: 0,16±0,12 g

Ca/cm2.día; NaF: -0,13±0,11 g Ca/cm2.día; MFP: 0,08±0,16 g Ca/cm2.día, n=6 por

grupo.

Conclusión parcial: la constancia de la DMO en zonas de hueso no expuestas a

cirugía de creación del defecto garantiza que los tratamientos no tienen efecto adverso

sobre el hueso ya formado.

Densidad mineral ósea de la zona del defecto

La DMO del hueso formado en la reparación del defecto mostró un aumento

significativo en el grupo tratado con MFP respecto del grupo Control a los 10 días de

tratamiento (Figura 13).

57

Figura 13: Densidad mineral de la zona del defecto óseo. Los datos se muestran como media±SD. * indica diferencias significativa respecto del grupo Control, ANOVA a un criterio de clasificación, post test Newman Keuls, p<0,05. n=6 por grupo experimental.

0 10 20 300

10

20

25

30

35

40

45

CONTROLNaFMFP

DIAS DE TRATAMIENTO

DM

O,

mg

/cm

2

*

Esta diferencia se fue reduciendo con el transcurso del tratamiento no siendo

significativa a los 20 y 30 días. Este resultado indica un incremento en la velocidad de

mineralización en presencia de MFP. Por otra parte el tratamiento con NaF, si bien

produjo mayor valor medio en la DMO respecto del grupo Control, esta diferencia no

alcanzó a ser significativa. Cabe mencionar que el análisis de DMO en la zona del

defecto carece de valor basal, dado que al inicio del tratamiento no existía hueso en esa

zona.

Conclusión parcial: El aumento de DMO a los 10 días en el grupo tratado con

MFP indica una mayor velocidad de reparación del defecto. La disminución de esta

diferencia a lo largo del tratamiento confirma que un defecto no crítico se repara sin

necesidad de intervención, pero que el tratamiento con MFP podría acortar dicho

proceso.

Fosfatasa alcalina plasmática

El cambio de la fosfatasa alcalina (FAL) a lo largo del tratamiento se evaluó a

través de la regresión lineal de los valores de fosfatasa alcalina plasmática en función

del tiempo para los diferentes grupos. El cambio en el valor de fosfatasa alcalina a lo

largo del tratamiento se evaluó por un valor significativamente diferente de cero de las

pendientes de las mencionadas regresiones. La FAL aumentó significativamente a lo

largo del tratamiento en los grupos tratados con NaF y con MFP (regresión lineal,

p<0,05), Tabla 1. El grupo Control no mostró cambios significativos de la actividad

plamática de FAL (regresión lineal, p>0,05).

58

Tabla 1: Pendiente de la regresión lineal de los valores plasmáticos de FAL en función del tiempo (U/l.día). * indica diferencias significativas respecto de cero, regresión lineal, p<0,05. Los resultados se expresan como media±SD, n=6 por grupo.

Control NaF MFP

1,14±1,82 3,39±0,87 * 4,01±1,19 *

Conclusión parcial: El aumento significativo de la actividad de fosfatasa

alcalina plasmática en los grupos NaF y MFP confirma la existencia de un estímulo

osteoformador.

Calcio fecal

La excreción fecal de calcio fue significativamente menor en el grupo MFP

respecto de los grupos NaF y Control (Figura 14), ANOVA a un criterio de

clasificación, post test de Newman Keuls, p<0,05. Considerando que la dieta

administrada fue la misma para los tres grupos, estos resultados indicarían una mayor

absorción de calcio en este grupo.

59

Figura 14: Excreción fecal de calcio. * indica diferencias significativas respecto del grupo Control, ANOVA a un criterio de clasificación, post test de Newman Keuls, p<0,05). Los

resultados se muestran como media±SD, n=6 por grupo.

Conclusión parcial: la menor excreción de calcio fecal en el grupo tratado con

MFP estaría indicando una mayor retención del ion en el organismo, resultado

coincidente con la mayor DMO de dicho grupo.

Calcemia

El efecto del tratamiento sobre la calcemia a lo largo del tratamiento se evaluó a

través de la pendiente de la recta de regresión lineal de los valores de calcemia en

función del tiempo para los diferentes grupos. Se consideró un cambio significativo en

la calcemia a lo largo del tiempo si la pendiente de la recta fue significativamente

diferente de cero.

*

60

La calcemia no se modificó a lo largo del tratamiento en ninguno de los grupos

experimentales. En los tres grupos experimentales la pendiente de la regresión lineal de

la calcemia en función del tiempo (mg/dl.día) no discrepó de cero. Controles:

-0,054±0,063; NaF: -0,014±0,046; MFP: 0,089±0,061, regresión lineal, p>0,05,

media±SD. El análisis fue realizado con n=6 por cada grupo y como se explicó en

materiales y métodos, la calcemia se midió al inicio y a los 10, 20 y 30 días de

tratamiento.

Los valores de calcemia estuvieron a lo largo del tratamiento dentro de valores

normales para esta línea de ratas y edad, no hallándose diferencias significativas entre

los grupos experimentales a cada tiempo (Tabla 2, ANOVA a un criterio de

clasificación, p>0,05)

Tabla 2: Concentración de calcio plasmático (mg/dl) al inicio y a los 10, 20 y 30 días de tratamientos para los grupos experimentales. Los resultados se expresan como media±SD, n=6 por grupo.

Control NaF MFP

día 0 8,9±1,5 9,8±1,4 9,3±0,9

día 10 9,0±0,7 9,2±1,1 9,9±1,4

día 20 8,8±0,5 9,8±1,2 8,9±1,1

día 30 9,9±0,9 9,5±1,1 9,9±1,1

Conclusión parcial: los valores constantes de la calcemia a lo largo del tiempo

permiten descartar importantes alteraciones del metabolismo fosfocálcico, asociadas a

los tratamientos.

61

Fosfatemia

El cambio en la fosfatemia a lo largo del tratamiento se evaluó a través de la

regresión lineal de los valores de fosfatemia en función del tiempo para los diferentes

grupos. El cambio en el valor de fosfatemia a lo largo del tratamiento se evaluó por un

valor significativamente diferente de cero de las pendientes de las mencionadas

regresiones.

La fosfatemia no se modificó a lo largo del tratamiento en ninguno de los grupos

experimentales. En los tres grupos experimentales la pendiente de la regresión lineal de

la fosfatemia en función del tiempo (mg/dl.día) no discrepó de cero. Controles:

-0,27±0,22; NaF: 0,08±0,04; MFP: 0,11±0,07, regresión lineal, p>0,05, media±SD. El

análisis fue realizado con n=6 por cada grupo y como se explicó en materiales y

métodos, la fosfatemia se midió al inicio y a los 10, 20 y 30 días de tratamiento.

Conclusión parcial: los valores constantes de fosfatemia a lo largo del

experimento permiten descartar importantes alteraciones del metabolismo fosfocálcico,

asociadas a los tratamientos.

Fluoruria

La excreción urinaria de fluoruro en 24 horas el último día de tratamiento no

difirió entre los grupos experimentales, Figura 15 (ANOVA a un criterio de

clasificación, p>0,05).

62

Conclusión parcial: la semejanza en la fluoruria entre los grupos

experimentales luego de 30 días de tratamiento está indicando que el tejido óseo habría

incorporado el fluoruro administrado durante los tratamientos con NaF y MFP.

Fluoremia

La fluoremia de los animales no discreparon entre los grupos al inicio de los

tratamientos y fueron menores que a lo largo del tratamiento. Los animales recién

destetados provienen de hembras que no recibieron fluoruro como tratamiento y sólo

ingieren el fluoruro que acompaña al alimento y al agua de bebida. Este valor puede

estimarse que corresponde a menos del 10% del flúor recibido en los tratamientos. La

concentración de flúor en plasma fue significativamente mayor a los 10 días en los

63

Figura 15: excreción urinaria de fluoruro durante 24 h en los grupos experimentales al finalizar el tratamiento (día 30). Los resultados se

muestran como media±SD, n=6 por grupo.

CONTROL NaF MFP0

1

2

3

4

5 CONTROLNaFMFP

µmo

l/24h

animales tratados con MFP. A los 30 días de tratamiento no se observaron diferencias

significativas entre las fluoremias de los tres grupos experimentales (Figura 16).

Conclusión parcial: el aumento de la fluoremia al inicio del tratamiento

garantiza que las drogas fueron administradas correctamente y que el proceso de

absorción fue adecuado. Por otra parte la disminución de la fluoremia en los grupos

tratados con MFP y NaF al finalizar el tratamiento indica que los tratamientos

tuvieron estímulo osteogénico y el hueso aumentó su capacidad de incorporación de

minerales. El resultado a los 30 días es coincidente con la falta de diferencias en la

fluoruria a ese mismo tiempo entre los grupos experimentales.

Figura 16: Concentración de flúor en plasma en los tres grupos experimentales a lo largo del tratamiento. Los resultados se muestran como media±SD, n=6 por grupo. * indica diferencias significativas respecto del grupo Control, ANOVA a un criterio de clasificación, post test de Newman Keuls, p<0,05).

64

*

Análisis histológico

Grupo Control: Se observa tejido óseo sin una organización laminar que

permita la formación de osteonas, en la zona del defecto. Se destaca también la

presencia de tejido cartilaginoso, escasa presencia de osteocitos y osteoblastos activos

(Figura 17).

Figura 17: Corte histológico de tejido óseo de ratas controles. La flecha marca abundante tejido cartilaginoso en la zona del defecto. H&E. 10X.

65

Se observan bordes irregulares y presencia de vasos sanguíneos en los espacios

medulares. Abundante tejido cartilaginoso en mayor cantidad que el tejido óseo. En la

zona de hueso no están bien definidas las trabéculas (Figura 18).

La figura 19 correspondiente a la zona del defecto en ratas controles, muestra

formación de hueso bien delimitado respecto del tejido adiposo que se observa entre las

Figura 18: Corte histológico de tejido óseo de ratas controles. La flecha muestras zonas de trabéculas sin buena definición. H&E.10X

66

trabéculas. Estas últimas no muestran buena conexión entre ellas y el tejido adiposo es

muy abundante respecto al tejido óseo. Se observan pequeñas zonas de mineralización

en la sustancia circundante pero no representa un hueso mineralizado en su totalidad,

observándose aun zonas de cartílago.

Figura 19: Corte histológico de tejido óseo de ratas controles. La flecha muestra cartílago y el asterisco tejido adiposo. H&E. 40X

*

67

Grupo NaF: Se observa presencia de hueso cortical con presencia de sistemas

haversianos en algunos sectores, con presencia de osteocitos (Figura 20). Se detecta la

presencia de depósito de osteoide y actividad celular. Se destacan zonas de

mineralización, trabéculas que no presentan buena disposición morfoestructural y

espacios medulares ocupados por células adiposas. No se observa buena conexión

trabecular.

Figura 20: Corte histológico de tejido óseo de ratas tratadas con NaF. La flecha marca sistemas de Havers, la punta de flecha (<) marca un osteocito y el asterisco tejido adiposo.

H&E. 40X.

<

*

68

A pesar que la organización histológica es mejor que en el grupo Control, se

observa la presencia de cartílago hialino, por lo que se considera que la formación del

callo óseo no se consolidó adecuadamente.

Grupo MFP: La observación histológica del hueso formado en la zona del

defecto, en ratas tratadas con MFP muestra la formación de sistemas haversianos

alrededor de vasos sanguíneos (Figura 22). Se observa tejido óseo con bordes bien

69

Figura 21: Corte histológico de tejido óseo de ratas tratadas con NaF, mostrando abundante cartílago hialino. H&E. 40X.

establecidos y osteocitos en sus osteoplastos. La disposición del tejido óseo es de

manera organizada con aspecto laminillar.

Se observa buena organización celular y laminar de la sustancia osteoide. El

espacio medular está bien diferenciado (Figura 23).

Figura 22: Corte histológico de tejido óseo de ratas tratadas con MFP. La flecha marca sistema de Havers y la punta de flecha (<) osteocitos. H&E. 40X.

<

70

El hueso formado en presencia de tratamiento con MFP muestra una distribución

morfocelular coincidente con hueso cortical bien formado (Figura 24).

Figura 23: Corte histológico de tejido óseo de ratas tratadas con MFP. La flecha marca células de revestimiento y el asterisco osteoblatos. H&E. 40X

*

71

Conclusión parcial: la organización histológica del tejido óseo formado en

ratas tratadas con MFP revela una mejor organización estructural, sin la presencia de

cartílago hialino.

Figura 24: Corte histológico de tejido óseo de ratas tratadas con MFP. H&E. 40X

72

CAPÍTULO 7

DISCUSIÓN

Los resultados de las variables medidas a nivel del hueso neoformado, producido

en el proceso de reparación del defecto no crítico, se han interpretado en correlación con

los valores obtenidos de las distintas mediciones en plasma.

El aumento de peso de los animales en los tres grupos tuvo un comportamiento

uniforme en lo que se refiere a la ganancia de peso. Estos resultados indicarían que el

tratamiento con MFP y NaF no modificó el crecimiento en los grupos tratados.

Los niveles de fosfatasa alcalina plasmática fueron utilizados como marcador de

formación ósea. La fosfatasa alcalina aumentó a lo largo del tratamiento en los grupos

que recibieron MFP y NaF. Por su parte este marcador en el grupo Control no mostró un

aumento significativo a lo largo del tiempo. Si bien en este trabajo se ha medido

fosfatasa alcalina total, se puede interpretar que no existiendo problemas hepáticos, el

incremento en sus valores se debería a la isoenzima ósea. Estos resultados son

coincidentes con la presencia del fenómeno protoplásico observado en los cortes

histológicos de los grupos con tratamiento farmacológico. El incremento más marcado a

lo largo del tiempo en el grupo tratado con MFP, sería coincidente con una mayor

actividad osteoblástica, con el aumento de DMO observado a los 10 días y con la mejor

arquitectura ósea observada en cortes histológicos al finalizar el tratamiento.

73

El resultado de la DMO obtenido a los 10 días en el grupo MFP,

significativamente mayor que el grupo Control, es un resultado esperado en función de

los estudios previos realizados con el MFP como droga osteoformadora. El aumento de

la DMO está indicando una mayor incorporación de calcio en la matriz ósea

neoformada. Dado que todos los grupos experimentales recibieron la misma dieta, la

mayor incorporación de calcio al hueso podría haber producido un déficit del catión a

nivel del líquido extracelular, generando un aumento en la liberación de PTH y aumento

de la síntesis de 1,25(OH)2Vitamina D3. Este último metabolito habría actuado a nivel

intestinal aumentado la absorción de calcio. La menor excreción fecal de calcio

observada en el grupo tratado con MFP está en concordancia con el razonamiento

anteriormente realizado. Los niveles constantes de la calcemia y la fosfatemia a lo largo

del tratamiento estarían indicando una integridad de los mecanismos involucrados en el

mantenimiento del metabolismo fosfocálcico. La ausencia de cambios detectables en la

DMO del hueso normal, indicarían que no se habrían producido cambios en la

remodelación ósea en otros sitios o que los cambios producidos no fueron de la

magnitud observada en la zona del defecto óseo. La constancia de los valores de la

fosfatemia a lo largo del tratamiento también está indicando un mecanismo

homeostático conservado aun en presencia de tratamientos que tienen ciertos efectos

sobre el metabolismo del fosfato.73 Los resultados de esta tesis estarían indicando que

con las dosis utilizadas, este efecto sería despreciable.

73 Di Loreto V, Rigalli A, Puche RC. Effect of sodium fluoride administration to rats on bone phosphorous content and phosphatemia. Arzneimittelforschung. 56, 760-6. 2006.

74

La fluoremia del grupo MFP aumento significativamente el día 10 del

tratamiento con respecto al Control. Este aumento también se observó en el grupo

tratado con NaF sin llegar a ser significativo. Los resultados son coincidentes con la

mayor biodisponibilidad de fluoruro obtenida a partir del MFP con respecto al NaF,

como consecuencia de la absorción del MFP a nivel gástrico y la unión a las alfa-

macroglobulinas.74,75 Contrariamente a lo observado a los 10 días, no se observaron

diferencias significativas en los valores de fluoremia luego de 30 días de tratamiento. La

disminución en la fluoremia aun cuando se está administrando la droga puede ser

explicado por experimentos previos a esta tesis. Se ha demostrado que cuando el hueso

responde al estímulo osteogénico con sales de flúor, comienza la síntesis de matriz y su

calcificación, fenómeno durante el cual no sólo se incorpora calcio y fosfato sino

también fluoruro. En estas circunstancias la fluoremia de los animales tratados puede

ser inclusive menor que en el grupo Control.76 Se ha demostrado que cuando existe una

buena respuesta al tratamiento, la fluoremia disminuye marcadamente. La fluoruria

luego de 30 días de tratamiento fue acorde a los valores de fluoremia hallados al final

del tratamiento.

74Rigalli A, Cabrerizo M, Beinlich A, Puche RC. 1994 Gastric and intestinal absorption of monofluorphosphate and fluoride in the rat. Arzneimittelforschung 44(I), 651-5.75Rigalli A, Esteban L, Pera L, Puche RC. 1997. Binding of monofluorophosphate to a2-macroglobulin and C3. Calcif Tissue Int. 60(I) 86-9.76Rigalli A, Ballina JC, Puche RC. 1992. Bone mass increase and glucose tolerance in rats chronically treated with sodium fluoride. Bone and Mineral, 16:101-8.

75

Es conocido que uno de los efectos adversos de la administración de NaF es la

resistencia a la insulina77,78 y la falla en su secreción.79 Estos efectos adversos se

observan cuando la fluoremia es elevada y se normalizan cuando la fluoremia alcanza

valores normales.80 El efecto negativo del fluoruro sobre la respuesta insulínica sería

una contra para la utilización de NaF en la reparación de defectos no críticos. Los

resultados de esta tesis estarían indicando que la respuesta osteogénica inducida por el

fluoruro, produce descenso de la fluoremia a valores que no discrepan de los hallados en

el grupo Control.

Quedan pendientes para futuras investigaciones la comprobación de las

propiedades biomecánicas del hueso neoformado en la zona del defecto. Los resultados

histológicos permiten anticipar que al menos el comportamiento biomecánico sería

similar o mejor en los grupos tratados con NaF y MFP con respecto al grupo Control.

77 Menoyo I, Rigalli A, Puche RC.2005. Effect of fluoride on the secretion of insulin in the rat. Arzneimittelforschung 55:455-60.78 Menoyo I, Puche RC, Rigalli A. 2008 Fluoride-induced resistance to insulin in the rat. Fluoride. 41: 260-9.79 Rigalli A, Ballina JC, Roveri E, Puche RC. 1990. Inhibitory effect of fluoride on the secretion of insulin. Calcif Tissue Int. 46:433-8.80 Op Cit 76. Pag 75.

76

CAPÍTULO 8

CONCLUSIÓN

Concluimos que la hipótesis planteada para esta investigación se comprobó con

los resultados obtenidos mediante las pruebas experimentales realizadas.

El tratamiento con MFP contribuyó a la reparación del hueso con lesiones no

críticas, en menor tiempo que los no tratados con este compuesto. El análisis histológico

indica que el hueso formado luego de 30 días de tratamiento tiene mejor estructura que

el hueso obtenido por tratamiento con NaF o en los animales controles.

77

CAPÍTULO 11

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